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  具有智能溫度控制功能的柔性自加熱織物是智能柔性設(shè)備、智能溫控服裝、變色服裝等關(guān)鍵部件。在低溫環(huán)境中，能量收集和利用對(duì)于柔性自加熱織物的持續(xù)、可控?zé)彷敵鲲@得尤為重要。聚合物模板偶氮苯是一種理想的光熱燃料，其柔性鏈段模板不僅有利于提升偶氮苯分子異構(gòu)化轉(zhuǎn)變速率，而且可增強(qiáng)與織物基底的分子界面相互作用，適應(yīng)多種形態(tài)變化（拉伸、彎曲等），為實(shí)現(xiàn)在低溫下人體熱管理提供重要途徑。目前，聚合物模板偶氮苯由于儲(chǔ)熱能量密度低，且低溫?zé)後尫爬щy，限制了其在人體熱管理系統(tǒng)的應(yīng)用。

  近日，天津大學(xué)封偉教授團(tuán)隊(duì)制備了一系列動(dòng)態(tài)鍵調(diào)控的聚合物模板偶氮苯光熱燃料，動(dòng)態(tài)鍵的引入提高了聚合物模板偶氮苯的儲(chǔ)熱能量密度，實(shí)現(xiàn)了同步存儲(chǔ)異構(gòu)化能和動(dòng)態(tài)鍵能。進(jìn)一步基于偶氮基柔性織物構(gòu)建了人體熱管理系統(tǒng)。該項(xiàng)工作在分子設(shè)計(jì)和理論計(jì)算的基礎(chǔ)上，合成了具有動(dòng)態(tài)鍵的聚丙烯酰胺基偶氮苯（PAzo-M），動(dòng)態(tài)鍵部分由磺酸基團(tuán)和不同金屬離子相互作用形成（圖1）。在光照下，動(dòng)態(tài)鍵伴隨著偶氮苯結(jié)構(gòu)的異構(gòu)化和回復(fù)發(fā)生可逆的斷裂和形成。動(dòng)態(tài)鍵的結(jié)合能決定了異構(gòu)化能和鍵能的能量存儲(chǔ)，如何選擇合適的金屬離子實(shí)現(xiàn)光熱能最大化成為關(guān)鍵。本工作基于理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出選擇合適金屬離子的原則。結(jié)合能小，導(dǎo)致順反異構(gòu)體能級(jí)差小，儲(chǔ)熱密度低；結(jié)合能大，順反異構(gòu)體能級(jí)差大，但是異構(gòu)化程度低，儲(chǔ)熱密度同樣低（圖3），因此選擇合適結(jié)合能可獲得較大的能級(jí)差和異構(gòu)化程度，進(jìn)而大大提高其儲(chǔ)熱能量密度（圖4）。研究結(jié)果表明：鎂金屬聚丙烯酰胺基偶氮苯（PAzo-Mg）具有最優(yōu)異的光儲(chǔ)熱性能（113.5 Wh kg^-1，圖2）。

  在此基礎(chǔ)上，結(jié)合尼龍織物構(gòu)建了偶氮基柔性織物（NF@PAzo-Mg）人體熱管理系統(tǒng)（圖5）。其可在戶外低溫環(huán)境下（-5.0 ~ 5.0 °C），放熱溫度高達(dá)7.7 ~ 12.5 ℃，可用于人體供暖（圖6）。該研究提出的光控動(dòng)態(tài)鍵助力偶氮基柔性織物為實(shí)現(xiàn)低溫下可穿戴熱管理設(shè)備提供了一條新途徑。

  相關(guān)研究成果近期以“Metallic-Ion Controlled Dynamic Bonds to Co-Harvest Isomerization Energy and Bond Enthalpy for High-Energy Output of Flexible Self-Heated Textile”為題發(fā)表在期刊Advanced Science （DOI: 10.1002/advs.202201657）上，文章第一作者為博士生王慧，通訊作者為封偉教授和馮奕鈺教授。該項(xiàng)研究受到國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目的支持。

  天津大學(xué)封偉教授團(tuán)隊(duì)長期致力于光熱能材料的研究，近年來該團(tuán)隊(duì)在國家自然科學(xué)基金杰出青年基金項(xiàng)目、重點(diǎn)項(xiàng)目以及科技部重點(diǎn)研發(fā)等項(xiàng)目的支持下在偶氮苯-碳模板化材料（Nanoscale, 2012, 4, 6118；J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 16453； J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 8020-8028；ACS Appl. Mater. Inter., 2017, 9, 4066；Chemsuschem, 2017, 10, 1395；Chemical Society Reviews. 2018, 47, 7339；J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 97；Energy Storage Materials, 2020, 24, 662；Nano Energy, 2021, 89, 106401）、偶氮苯有機(jī)分子和聚合物（J. Mater. Chem. A, 2020, 8, 18668；Macromolecules, 2019, 52, 4222；Composites Science and Technology, 2019, 169: 158；Chinese Journal of Polymer Science, 2019, 37(12): 1183；高分子學(xué)報(bào), 2019, 50(12), 1272-1279）、偶氮苯-相變材料（Adv. Funct. Mater., 2020, 2008496；Composites Communications, 2020, 21, 100402；Composites Communications, 2021, 23, 100575；高分子學(xué)報(bào), 2021, 52(1), 78-83）等材料的研究和設(shè)計(jì)上取得了一系列的原創(chuàng)性成果。

  全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202201657